Паратрансгенез

Паратрансгенез — это метод, который пытается устранить патоген из популяций векторов посредством трансгенеза симбионта вектора. Целью этого метода является контроль трансмиссивных заболеваний . Первым шагом является выявление белков , которые не позволяют видам векторов передавать патоген. Затем гены, кодирующие эти белки, вводятся в симбионт , чтобы они могли быть экспрессированы в векторе. Последним шагом в стратегии является введение этих трансгенных симбионтов в популяции векторов в дикой природе. Одним из применений этого метода является предотвращение смертности людей от болезней, переносимых насекомыми. Профилактические методы и текущие меры контроля против трансмиссивных заболеваний зависят от инсектицидов [1] , хотя некоторые породы комаров могут быть устойчивы к ним. Существуют и другие способы полного их устранения. [2] «Паратрансгенез фокусируется на использовании генетически модифицированных симбионтов насекомых для экспрессии молекул внутри вектора, которые губительны для патогенов, которых они передают». [1] Симбионты кислых бактерий Asaia полезны для нормального развития личинок комаров; однако неизвестно, какое воздействие симбионты Asais оказывают на взрослых комаров. [1]

Первый пример этой техники использовал Rhodnius prolixus , который связан с симбионтом Rhodococcus rhodnii . R. prolixus является важным насекомым-переносчиком болезни Шагаса , вызываемой Trypanosoma cruzi . Стратегия заключалась в том, чтобы сконструировать R. rhodnii для экспрессии белков, таких как цекропин А, которые токсичны для T. cruzi или блокируют передачу T. cruzi . [3]

Попытки также предпринимаются на мухах Це-це с использованием бактерий [4] [5] и на малярийных комарах с использованием грибков [6] , вирусов [7] или бактерий. [8]

Использует

Хотя использование паратрансгенеза может служить многим различным целям, одной из главных целей является «разрыв цикла болезни». Это исследование фокусируется на экспериментах с мухами цеце и трипаносомами, которые вызывают сонную болезнь в странах Африки к югу от Сахары. Биология передачи мухи цеце была изучена, чтобы узнать, как она передает болезнь. Это было сделано для того, чтобы найти лучший способ использования паратрансгенеза, который мог бы помочь решить проблему передачи. В этом случае паратрансгенез использовался для создания трипаноцидов, которые останавливают передачу трипаносом в переносчике мухи цеце. [4]

Еще одно заболевание, вызываемое передачей комарами человеку, — малярия. Это постоянная проблема здравоохранения, поскольку эффективной вакцины не существует, а малярия смертельна. «Разработка инновационных мер контроля является обязательным условием для снижения передачи малярии». [9] В этом исследовании было обнаружено, что при использовании паратрансгенеза Asaia (gfp) у этих комаров вероятность заболевания была ниже. [9] Они используют антипатогенные эффекторные молекулы. [9]

Другой пример — медоносные пчелы. Исследование, проведенное в 2012 году, показало, что использование молочнокислых бактерий может улучшить или помочь здоровью и пищеварению медоносных пчел. [10] Это другой способ использования паратрансгенеза, и он был предложен, поскольку Lactobacillus была легкой целью для паратрансгенеза. Ученые хотели посмотреть, поможет ли поддержание микробиома в кишечнике модели насекомого сохранить здоровье пчел и всей колонии. [10] В последние годы наблюдается значительное сокращение популяции медоносных пчел и колоний. Используя паратрансгенез, ученые и пчеловоды надеются увеличить популяцию медоносных пчел.

Эффекты

Процедура создания трансгенных насекомых путем трансформации зародышевой линии.

Эксперименты показали, что распространение через популяции комаров устойчиво к паразитам, сконструированным через симбиотическую бактерию Serratia AS1. Основные опасения регулирующих органов по поводу выпуска таких сконструированных бактерий в полевые условия показывают, что не было никаких вариантов для «отзыва». «Serratia AS1 теряет плазмиды, поскольку он реплицируется в комарах и в культуре, возвращаясь к дикому типу, и что горизонтальный перенос плазмиды от Serratia AS1 к другим бактериям трудно обнаружить». [11] Это означает, что первоначальные полевые испытания могут быть использованы в обратимой системе, кроме того, выпущенные рекомбинантные бактерии, экспрессирующие антиплазмодийные соединения из плазмиды, возвращаются к дикому типу с определенной скоростью. [11]

Процедура трансформации насекомых с помощью трансгенных симбионтов.

«Паратрансгенез — это генетически модифицированные симбиотические организмы, которые блокируют развитие патогенов или передачу векторами с помощью экспрессирующих молекул». На рисунке 2 показаны симбиотические вирусы An. gambiae [7] и Ae. aegypti [12], использующие кровососущие бактерии-симбионты, [3] мухи цеце [13] и комары. [14] Симбионты, экспрессирующие молекулы, нацеленные на развитие патогенов, могут передаваться в эндемичных регионах. [13] Как и в случае с трансгенезом, распространение трансформированных симбионтов выигрывает от наличия системы генного драйва для замены нетрансформированных симбионтов, присутствующих в естественных популяциях векторов, также наблюдается в трансгенезе. [13] Паратрансгенез снижает передачу африканских трипаносом мухами цеце. Он трансформировал Sodalis , симбионта мух цеце, обнаруженного в средней кишке и гемолимфе Glossina m. morsitans , Glossina p. palpalis , Glossina austeni и Glossina brevipalpis , а также слюнные железы Gl. p. palpalis , которые все передавались вертикально через женские молочные железы. [13] Вертикальная передача имела GFP-трансформированный (recSodalis), который был обнаружен у 9 из 12 потомков F1 и восьми из 12 потомков F2, что трансформировало симбионта для распространения по популяциям мухи цеце. [13] Это привело к тому, что Sodalis был изолирован от Gl. m. morsitans , а Gl. fuscipes трансформировался с помощью GFP, recSodalis получил колонизированный септический неместный вид хозяина мухи цеце с плотностью, аналогичной местной колонизации. [14] [15]

Будущее направление векторного паратрансгенеза находится в пределах естественных популяций насекомых, и не было определено, могут ли трансформированные симбионты заменить нетрансформированных симбионтов. Нет никаких эффектов на насекомых-хозяев и они способны передаваться вертикально (через трансовариальную передачу) или латерально (из-за привычек питания), когда дело касается симбионтов. Эндосимбионты Wolbachia являются системой, управляемой генами, и также могут влиять на паратрансгенез. [4]

Wolbachia — это внутриклеточные переходные бактерии, которые контролируют размножение насекомых посредством цитоплазматической несовместимости (CI). [16] « Самки, не инфицированные Wolbachia , не будут размножаться с инфицированными самцами, что снижает частоту неинфицированных особей и увеличивает частоту насекомых, инфицированных Wolbachia, в популяции». [16] Этот эффект приведет к распространению других контролируемых переходных трансформированных симбионтов в популяции насекомых, что увеличит частоту. [4] К этим насекомым относятся: Ae. aegypti, Aedes albopictus и Culex quinquefasciatus. [16] Денсовирус — пример того, как распространение трансформируется через симбионтов, встречающийся в естественных популяциях комаров.

В процессе проведения в качестве генно-управляемого механизма штамм Wolbachia сокращает продолжительность жизни комара для развития патогена внутри комара (известную как внешний инкубационный период или EIP). [17] Устранение переносчиков болезни трудно поддается лечению из-за сокращения продолжительности жизни переносчика для его собственного роста из-за более короткого времени роста. [18] Это означает, что он нацелен на старых комаров, а не на молодых, и это также подразумевает эволюционную устойчивость москитоцидных биоконтролирующих агентов. [19] Уже существует время для селективного давления на развитие патогена у комаров, инфицированных Plasmodium, для Anopheles (болотных комаров) с 20% до 40% за гонотрофный цикл [20] [19], что приводит к сокращению жизненного цикла паразита внутри переносчика.

«Один из подходов заключается в снижении компетенции переносчика (линейный параметр) и выживаемости переносчика (экспоненциальный параметр). Оба эффекта вместе должны снизить векторную способность и бремя болезней в эндемичных районах и предотвратить передачу». [14]

Болезни

Трансмиссивные заболевания распространены; поэтому работа над пониманием того, как эти заболевания передаются, может привести к лучшей профилактике или лечению этих заболеваний. Трансмиссивные заболевания, такие как малярия, передаются от комаров к человеку. [21] Trypanosoma Cruz вызывает болезнь Шагаса, и предпринимаются попытки использовать паратрансгенез для предотвращения распространения этого заболевания. Стратегия заключается в изменении микроба, а затем повторном внедрении его в насекомое, которое было генетически модифицировано для изменения патогенов. В статье «Паратрансгенный контроль трансмиссивных заболеваний» обсуждается подход к пониманию этих заболеваний. [22] Африканский трипаносомоз человека (сонная болезнь) — это заболевание, которое поражает многих людей в странах Африки к югу от Сахары. За последнее десятилетие цифры приблизились к ликвидации. Это заболевание передается мухами, и последние несколько попыток контролировать это заболевание составляют менее 10 000 случаев в год. [23]

Уход

Существует множество заболеваний, при которых может происходить паратрансгенез, наиболее распространенной из которых является малярия. В статье «Оценка полезности паратрансгенеза для контроля малярии» описывается глобальная проблема малярии, являющаяся причиной значительных проблем со здоровьем. [2] Ее переносят комары, и хотя наиболее эффективным способом их устранения является использование инсектицидов, некоторые виды комаров устойчивы к инсектицидам. Для борьбы с устойчивыми к инсектицидам комарами были созданы генетически модифицированные плазмодии, которые помогают разрушать кишечник комара. [2] Другое исследование «Использование инфекции для борьбы с инфекцией: грибки паратрансгенеза могут блокировать передачу малярии у комаров» демонстрирует гены-эффекторы против малярии, которые были введены в энтомопатогенный гриб Metarhizium anisopliae. [24] Затем гриб был введен неинфицированным комарам и экспрессирован в гемолимфе. Интересно то, что при одновременной экспрессии других молекул слюнные железы экспрессировали уровни малярии до 98%. [24]

Для проведения паратрансгенеза необходимо соблюдение ряда требований:

  • Симбиотические бактерии можно легко выращивать in vitro .
  • Его можно генетически модифицировать , например, путем трансформации плазмидой, содержащей желаемый ген.
  • Созданный симбионт стабилен и безопасен.
  • Связь между вектором и симбионтом нельзя ослабить.
  • Доставка на место происшествия осуществляется легко.

Ссылки

  1. ^ abc Mancini MV, Damiani C, Short SM, Cappelli A, Ulissi U, Capone A и др. (май 2020 г.). «Ингибирование Asaia у взрослых комаров приводит к смертности, специфичной для самцов, и разнообразным изменениям транскриптома». Pathogens . 9 (5): 380. doi : 10.3390/pathogens9050380 . PMC  7281548 . PMID  32429180.
  2. ^ abc Kotnis B, Kuri J (июль 2016 г.). «Оценка полезности паратрансгенеза для контроля малярии». Mathematical Biosciences . 277 : 117– 25. arXiv : 1311.6216 . doi :10.1016/j.mbs.2016.04.005. PMID  27140529. S2CID  1590111.
  3. ^ ab Durvasula RV, Gumbs A, Panackal A, Kruglov O, Aksoy S, Merrifield RB и др. (апрель 1997 г.). «Профилактика заболеваний, переносимых насекомыми: подход с использованием трансгенных симбиотических бактерий». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (7): 3274– 8. Bibcode : 1997PNAS ...94.3274D. doi : 10.1073/pnas.94.7.3274 . PMC 20359. PMID  9096383. 
  4. ^ abcd Аксой С, Вайс Б, Аттардо Г (2008). «Применение паратрансгенеза для контроля сонной болезни, передаваемой мухой цеце». Трансгенез и управление трансмиссивными заболеваниями . Достижения в экспериментальной медицине и биологии. Т. 627. С.  35–48 . doi :10.1007/978-0-387-78225-6_3. ISBN 978-0-387-78224-9. PMID  18510012.
  5. ↑ Де Вогт Л., Кальон Г., Стийлеманс Б., Де Бэтселье П., Кусманс М., Ван ден Аббиле Дж. (февраль 2012 г.). «Экспрессия и внеклеточное высвобождение функционального антитрипаносомного Nanobody® в Sodalislossinidius, бактериальном симбионте мухи цеце». Заводы по производству микробных клеток . 11:23 . дои : 10.1186/1475-2859-11-23 . ПМК 3311065 . ПМИД  22335892. 
  6. ^ Fang W, Vega-Rodriguez J, Ghosh AK, Jacobs-Lorena M, Kang A, St Leger RJ (февраль 2011 г.). «Разработка трансгенных грибов, убивающих паразитов человеческой малярии у комаров». Science . 331 (6020): 1074– 7. Bibcode :2011Sci...331.1074F. doi :10.1126/science.1199115. PMC 4153607 . PMID  21350178. 
  7. ^ ab Ren X, Hoiczyk E, Rasgon JL (август 2008 г.). "Вирусный паратрансгенез у переносчика малярии Anopheles gambiae". PLOS Pathogens . 4 (8): e1000135. doi : 10.1371/journal.ppat.1000135 . PMC 2500179. PMID  18725926 . 
  8. ^ Rodrigues FG, Santos MN, de Carvalho TX, Rocha BC, Riehle MA, Pimenta PF и др. (апрель 2008 г.). «Экспрессия мутировавшей фосфолипазы A2 у трансгенных комаров Aedes fluviatilis влияет на развитие Plasmodium gallinaceum». Insect Molecular Biology . 17 (2): 175– 83. doi :10.1111/j.1365-2583.2008.00791.x. PMC 4137777 . PMID  18353106. 
  9. ^ abc Mancini MV, Spaccapelo R, Damiani C, Accoti A, Tallarita M, Petraglia E и др. (март 2016 г.). «Паратрансгенез для контроля переносчиков малярии: полуполевое пилотное исследование». Parasites & Vectors . 9 (1): 140. doi : 10.1186/s13071-016-1427-3 . PMC 4787196 . PMID  26965746. 
  10. ^ ab Rangberg A, Diep DB, Rudi K, Amdam GV (июль 2012 г.). «Паратрансгенез: подход к улучшению здоровья колонии и молекулярной проницательности медоносных пчел (Apis mellifera)?». Интегративная и сравнительная биология . 52 (1): 89–99 . doi : 10.1093/icb/ics089 . PMID  22659204.
  11. ^ ab Huang W, Wang S, Jacobs-Lorena M (август 2020 г.). «Самоограничивающийся паратрансгенез». PLOS Neglected Tropical Diseases . 14 (8): e0008542. doi : 10.1371/journal.pntd.0008542 . PMC 7454989. PMID  32810151 . 
  12. ^ Ward TW, Jenkins MS, Afanasiev BN, Edwards M, Duda BA, Suchman E и др. (октябрь 2001 г.). "Aedes aegypti transducing densovirus pathogenesis and expression in Aedes aegypti and Anopheles gambiae larvae". Молекулярная биология насекомых . 10 (5): 397– 405. doi :10.1046/j.0962-1075.2001.00276.x. PMID  11881803. S2CID  24145547.
  13. ^ abcde Cheng Q, Aksoy S (февраль 1999). "Тканевый тропизм, передача и экспрессия чужеродных генов in vivo у симбионтов средней кишки мух цеце". Insect Molecular Biology . 8 (1): 125– 32. doi :10.1046/j.1365-2583.1999.810125.x. PMID  9927181. S2CID  1644332.
  14. ^ abc Coutinho-Abreu IV, Zhu KY, Ramalho-Ortigao M (март 2010 г.). «Трансгенез и паратрансгенез для контроля заболеваний, переносимых насекомыми: текущее состояние и будущие проблемы». Parasitology International . 59 (1): 1– 8. doi :10.1016/j.parint.2009.10.002. PMC 2824031. PMID 19819346  . 
  15. ^ Weiss BL, Mouchotte R, Rio RV, Wu YN, Wu Z, Heddi A, Aksoy S (ноябрь 2006 г.). «Межвидовой перенос бактериальных эндосимбионтов между видами мухи цеце: установление инфекции и влияние на приспособленность хозяина». Applied and Environmental Microbiology . 72 (11): 7013– 21. Bibcode :2006ApEnM..72.7013W. doi :10.1128/aem.01507-06. PMC 1636136 . PMID  16950907. 
  16. ^ abc Sinkins SP, Gould F (июнь 2006 г.). «Системы управления генами для переносчиков болезней насекомых». Nature Reviews. Genetics . 7 (6): 427–35 . doi :10.1038/nrg1870. PMID  16682981. S2CID  17405210.
  17. ^ McMeniman CJ, Lane RV, Cass BN, Fong AW, Sidhu M, Wang YF, O'Neill SL (январь 2009 г.). «Стабильное внедрение сокращающей жизнь инфекции Wolbachia в комара Aedes aegypti». Science . 323 (5910): 141– 4. Bibcode :2009Sci...323..141M. doi :10.1126/science.1165326. PMID  19119237. S2CID  12641881.
  18. ^ Читайте AF, Thomas MB (2009). «Микробиология: комары уничтожены». Science . 323 (5910): 51– 2. doi :10.1126/science.1168659. PMID  19119208. S2CID  445724.
  19. ^ ab Read AF, Lynch PA, Thomas MB (апрель 2009 г.). «Как сделать инсектициды, устойчивые к эволюции, для борьбы с малярией». PLOS Biology . 7 (4): e1000058. doi : 10.1371/journal.pbio.1000058 . PMC 3279047. PMID  19355786 . 
  20. ^ Killeen GF, McKenzie FE, Foy BD, Schieffelin C, Billingsley PF, Beier JC (май 2000 г.). «Упрощенная модель для прогнозирования показателей энтомологической инокуляции малярии на основе энтомологических и паразитологических параметров, имеющих отношение к контролю». Американский журнал тропической медицины и гигиены . 62 (5): 535–44 . doi :10.4269/ajtmh.2000.62.535. PMC 2483339. PMID  11289661 . 
  21. ^ Ren X, Hoiczyk E, Rasgon JL (август 2008 г.). Schneider DS (ред.). «Вирусный паратрансгенез у переносчика малярии Anopheles gambiae». PLOS Pathogens . 4 (8): e1000135. doi : 10.1371/journal.ppat.1000135 . PMC 2500179. PMID  18725926 . 
  22. ^ Hurwitz I, Fieck A, Read A, Hillesland H, Klein N, Kang A, Durvasula R (2011). «Паратрансгенный контроль заболеваний, передающихся переносчиками». International Journal of Biological Sciences . 7 (9): 1334– 44. doi :10.7150/ijbs.7.1334. PMC 3221369. PMID  22110385 . 
  23. ^ Gilbert JA, Medlock J, Townsend JP, Aksoy S, Ndeffo Mbah M, Galvani AP (март 2016 г.). Remais JV (ред.). «Детерминанты устранения африканского трипаносомоза человека с помощью паратрансгенеза». PLOS Neglected Tropical Diseases . 10 (3): e0004465. doi : 10.1371/journal.pntd.0004465 . PMC 4783105. PMID  26954675 . 
  24. ^ ab Rasgon JL (август 2011 г.). «Использование инфекций для борьбы с инфекциями: паратрансгенные грибы могут блокировать передачу малярии у комаров». Future Microbiology . 6 (8): 851– 3. doi :10.2217/fmb.11.71. PMC 3243618 . PMID  21861618. 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Паратрансгенез&oldid=1194531524"